專利名稱：以高濃度氯化鎂溶液制取高純鎂砂的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，與氧化鎂的生產(chǎn)技術(shù)有關(guān)，更具體地說(shuō)是關(guān)于高純鎂砂生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
高純鎂砂是現(xiàn)代冶金工業(yè)中制備高檔耐火材料的不可缺少的材料。傳統(tǒng)鎂砂的生產(chǎn)主要是用菱鎂石、白云石和水鎂氯石為原料，先制出氧化鎂粉，再焙燒成輕燒氧化鎂粉，然后再高溫?zé)Y(jié)或熔燒成高純鎂砂。
以白云石和菱鎂石為原料制取鎂砂的工藝流程長(zhǎng)、污染大、成本高、純度低，很難達(dá)到MgO含量98％-99％的標(biāo)準(zhǔn)。
用海水制成的水鎂氯石為原料制取鎂砂，國(guó)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，國(guó)外工業(yè)化的路線為先把MgCl2轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸V，再焙燒為輕燒氧化鎂粉，然后再高溫?zé)Y(jié)或熔燒成高純鎂砂。此工藝可以得到純度98-99％以上的高純鎂砂，但是流程長(zhǎng)、有污染、成本高。還需一套制CaO的設(shè)備，投資大，熱能消耗高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種利用廉價(jià)鹵水為資源制取高純鎂砂，并可充分回收利用鹽酸的生產(chǎn)技術(shù)。
我國(guó)為產(chǎn)鹽(NaCl)大國(guó)，故有豐富廉價(jià)的鹵水資源，鹵水中氯化鎂含量可達(dá)110-130g/L，用已知方法可把上述鹵水制成MgCl2·6H2O固體，制成濃度為400-550克/升的氯化鎂水溶液。它可作為本發(fā)明制備高純鎂砂的原料。本發(fā)明的技術(shù)方案是首先用上述高濃度的氯化鎂水溶液進(jìn)行精制(脫SO4＝、脫硼)；接著在一個(gè)噴霧水解反應(yīng)器中進(jìn)行高溫噴霧水解，得到高純度的氧化鎂細(xì)粉；再焙燒為輕燒氧化鎂粉；最后高溫?zé)Y(jié)或熔燒成高純鎂砂。
本發(fā)明采用以下生產(chǎn)工藝1、氯化鎂溶液的精制因原料氯化鎂溶液中所含的SO4＝及硼，對(duì)鎂砂耐火制品的高溫性能危害很大，必須去除。
(1)除SO4＝在濃度為400-550克/升的氯化鎂溶液中，加入濃度為20克/升的BaCl2溶液，脫去其中的SO4＝，使溶液中SO4＝含量低于10-6克/升。
(2)除硼接著把上述脫除SO4＝后的氯化鎂溶液，調(diào)節(jié)pH至8-10，而后流徑填充有選擇性吸硼樹(shù)脂的離子交換柱去除硼，使溶液中B2O3含量低于0.5ppm。
如此制得高濃度精制氯化鎂溶液，則可送往水解工段制取氧化鎂。
2、氯化鎂的高溫?zé)崴庠诒景l(fā)明的技術(shù)方案中，精制后濃度為400-550克/升的氯化鎂溶液是在一個(gè)噴霧水解反應(yīng)器中高溫水解成為氧化鎂。精制后的氯化鎂溶液先預(yù)熱到50-80℃，接著從反應(yīng)器上部以196-490MPa的壓力噴入反應(yīng)器中，流量約在2升/分左右，和由反應(yīng)器下部送入的1000-1100℃的熱氣體呈對(duì)流接觸，受熱后氯化鎂發(fā)生以下分解反應(yīng)氯化鎂水解產(chǎn)生的含HCl尾氣從反應(yīng)器頂部排出，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出MgO后，送制酸工段回收鹽酸，生成的氧化鎂粉從反應(yīng)器的底部排出，如此得到的氧化鎂粉末70％以上的粒徑均在200目左右，MgO純度為94％以上，生產(chǎn)一噸MgO可以同時(shí)付產(chǎn)10噸18％的鹽酸。
以上得到氧化鎂粉再用水進(jìn)行洗滌，洗滌水溫度為60-100℃。此時(shí)，可洗去可溶性氯化物，經(jīng)過(guò)濾后的濾餅用于制備高純鎂砂。
實(shí)驗(yàn)表明，氯化鎂的水解反應(yīng)，其水解率隨溫度升高而升高，從水解率和能源消耗的綜合考慮，本發(fā)明在反應(yīng)區(qū)的水解反應(yīng)溫度控制在750-850℃為宜，反應(yīng)物在該反應(yīng)區(qū)內(nèi)的滯留時(shí)間為15-300秒，其水解率可達(dá)90％以上，生成氧化鎂的純度MgO＞94％。
3、高純鎂砂的燒成(1)輕燒鎂粉的制備將上述得到的濾餅在焙燒爐內(nèi)于850-900℃下焙燒30-90分鐘，得到活性氧化鎂粉(輕燒鎂粉)，接著在320MPa壓力下熱壓成杏仁狀小球。
(2)高純鎂砂的制備將上述輕燒氧化鎂熱壓成的小球，放入1800℃的豎窯中高溫煅燒60-80分鐘，即可得到本發(fā)明所述的高純燒結(jié)鎂砂，產(chǎn)品符合以下指標(biāo)MgO％≥98CaO/siO2≥2B2O3％＜0.003體積密度g/cm3＞3.4晶體直徑≥80μm如果把輕燒氧化鎂熱壓成的小球放入2800-3000℃的三相電孤?tīng)t中熔燒6-10小時(shí)，而后自然冷卻，即可得到高純電熔鎂砂。產(chǎn)品符合以下指標(biāo)MgO％≥99CaO/siO2≥2.0B2O3％＜0.003體積密度g/cm3＞3.4晶體直徑≥200μm本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)在于改進(jìn)了氯化鎂溶液的精制技術(shù)，使氯化鎂溶液中SO4＝含量低于10-6克/升，B2O3含量低于0.5ppm，明顯地提高了鎂砂的產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明的一個(gè)重要措施是以BaCl2為去除SO4＝的沉淀劑，使之生成BaSO4沉淀而去除SO4＝。由于BaSO4的溶度積(1.1×10-10)遠(yuǎn)小于CaSO4的溶度積(2.5×10-5)，所以去除SO4＝的效果比以CaCl2為沉淀劑的現(xiàn)有工藝好得多，當(dāng)加入20克/升的BaCl2溶液時(shí)，可使溶液中SO4＝含量低于10-6克/升。
本發(fā)明的另一項(xiàng)改進(jìn)措施是采用一種市售的陰離子交換樹(shù)脂在pH8-10時(shí)選擇吸附硼以去除氯化鎂溶液中的硼，使溶液中B2O3含量低于0.5ppm。
本發(fā)明的另一個(gè)重要特點(diǎn)在于氯化鎂是在一個(gè)噴霧水解反應(yīng)器中一次完成了氯化鎂水解與干燥的全過(guò)程，而且整個(gè)過(guò)程所需時(shí)間很短，整個(gè)反應(yīng)只有15-300秒即可完成，物料在750-850℃的反應(yīng)區(qū)內(nèi)的滯留時(shí)間不超過(guò)5分鐘。
所說(shuō)的噴霧水解反應(yīng)器1是在反應(yīng)器的上部裝有氯化鎂溶液的噴霧頭4，反應(yīng)器頂部有一個(gè)尾氣排出口3，尾氣排出口處在噴霧頭的上方，并與一組旋風(fēng)分離器2相連。在反應(yīng)器的下部裝有兩個(gè)載熱介質(zhì)進(jìn)氣口5，進(jìn)氣口與反應(yīng)器筒體呈切線連結(jié)，反應(yīng)器的底部有一個(gè)固體物料的排入口6。
本發(fā)明裝置的重要特點(diǎn)在于該噴霧水解反應(yīng)器的高徑比為50∶7-50∶4；在反應(yīng)器內(nèi)溫度呈梯度分布，其縱向溫度梯度小于2℃/厘米，而在750-850℃的溫度區(qū)間內(nèi)，其橫向溫度梯度小于3.3℃/厘米。這樣預(yù)熱至50-60℃的氯化鎂溶液以196-490MPa的噴頭壓力，通過(guò)噴霧頭4噴入反應(yīng)器中，載熱氣體由進(jìn)氣口5從切線方向送入反應(yīng)器，上升的載熱氣體與頂部噴入的霧化氯化鎂溶液霧滴呈對(duì)流接觸，氯化鎂霧滴受熱迅速發(fā)生下列反應(yīng)，分解生成MgO粉末干燥100℃150℃200℃300℃58O℃分解反應(yīng)產(chǎn)生的HCl氣體，隨上升的熱氣流從尾氣排出口3排出反應(yīng)器，在旋風(fēng)分離器2中分離回收被帶出的MgO粉，含HCl的氣體送去回收鹽酸，從排放口6得到的固體粉末即為本發(fā)明半成品高純MgO粉。因而在本發(fā)明分解裝置中熱能利用率高，反應(yīng)物料滯留時(shí)間短，既降低了載熱介質(zhì)氣體的供應(yīng)量，節(jié)約了能源，也提高了反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，無(wú)污染。


圖1是本發(fā)明高純鎂砂的工藝流程示意圖；圖2是圖1中噴霧水解反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2中1是噴霧水解反應(yīng)器，2是旋風(fēng)分離器，3為尾氣排出口，4為氯化鎂溶液噴霧頭，5是載熱介質(zhì)進(jìn)氣口，6是固體物料的排放口。
具體實(shí)施例方式
；下面再用幾個(gè)實(shí)際例子對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)例1氯化鎂溶液的除SO4＝將450g/L的MgCl2溶液1000ml，加入20g/l BaCl2溶液，直到不再產(chǎn)生BaSO4沉淀為止。過(guò)濾除去濾餅BaSO4沉淀物，即得到除去SO4＝的精制MgCl2溶液，其SO4＝含量低于10-6g/l。
實(shí)例2氯化鎂溶液的除硼在離子交換柱中，裝入市售選擇性吸硼的陰離子交換樹(shù)脂，交換柱高1500mm，柱直徑為70mm，由三級(jí)組成。調(diào)節(jié)MgCl2溶液pH＝10，然后以15ml-20ml/分的流量讓含硼的MgCl2(含硼約12-15ppm)溶液流經(jīng)交換柱。經(jīng)交換柱脫硼后所得MgCl2溶液中B2O5含量低于0.5ppm。
實(shí)例3將濃度為450g/l已脫除SO4＝和脫硼的精制MgCl2溶液，從噴嘴噴入水解反應(yīng)器中，在850-800℃條件下反應(yīng)5分鐘，得粉狀氧化鎂粉，用90℃的熱水洗滌除去可溶性氯化物，過(guò)濾棄去濾液，將濾餅放到850-900℃高溫爐中焙燒60分鐘，然后在320MPa壓力下熱壓成小球。放入1800℃高溫爐中煅燒60分鐘，冷卻后得高純燒結(jié)鎂砂。MgO＞98％，體積密度＞3.4g/cm3，晶體粒徑＞80μm，B2O3＜0.003％。
實(shí)例4取上述所得氧化鎂小球25公斤放入電弧爐中在2800℃以上熔燒8小時(shí)，自然冷卻至室溫，即得高純電熔鎂砂。MgO＞99％體積密度＞3.4g/cm3，晶粒直徑＞200μm，B2O5＜0.003％。
權(quán)利要求
1.一種以高濃度氯化鎂溶液制取高純鎂砂的生產(chǎn)工藝，包括原料液精制、氯化鎂熱水解、輕燒、熱壓成球、及煅燒等過(guò)程，其特征在于包括以下操作步驟1-1在濃度為400-550克/升的氯化鎂溶液中，加入濃度為20克/升的BaCl2溶液，脫去其中的SO4＝，使溶液中SO4＝含量低于10-6克/升；1-2接著把脫除SO4＝后的氯化鎂溶液，調(diào)節(jié)pH至8-10，而后流經(jīng)填充有選擇吸硼樹(shù)脂的離子交換柱進(jìn)行脫硼，使溶液中硼含量低于0.5ppm；1-3預(yù)熱精制后的氯化鎂溶液至50-80℃；1-4把MgCl2溶液加壓噴霧送入水解反應(yīng)器中進(jìn)行熱水解，得到粒度為200目左右的粉狀MgO，其水解率大于90％；1-5用水洗滌粉狀MgO，進(jìn)一步除去殘留的可溶性氯化物，洗滌水溫度為60-100℃，過(guò)濾后得到濾餅；1-6濾餅在焙燒爐內(nèi)，于850-900℃下焙燒30-90分鐘，得到活性輕燒氧化鎂粉；1-7接著把輕燒成的活性氧化鎂粉，在320MPa壓力下熱壓成杏仁狀小球；1-8在2800-3000℃的三相電孤?tīng)t中熔燒6-10小時(shí)，而后自然冷卻得到高純電熔鎂砂。
2.按照權(quán)利要求1所述高純鎂砂生產(chǎn)工藝，在操作步驟1-4中所說(shuō)的氯化鎂熱水解，其特征在于氯化鎂溶液被噴霧送入水解反應(yīng)器，其噴頭壓力為196-490MPa，氯化鎂在水解反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)中的水解溫度為750-850℃。
3.按照權(quán)利要求2所述高純鎂砂生產(chǎn)工藝，其特征在于氯化鎂在750-850℃反應(yīng)區(qū)內(nèi)的滯留時(shí)間為15-300秒。
4.按照權(quán)利要求1所述高純鎂砂生產(chǎn)工藝，在操作步驟1-8中所述的鎂砂燒結(jié)工藝其特征在于熱壓成型的氧化鎂小球，在1800℃的豎窯中高溫煅燒得到高純燒結(jié)鎂砂。
5.按照權(quán)利要求2所述的水解反應(yīng)器，其特征在于是一種噴霧水解反應(yīng)器，在水解反應(yīng)器(1)的上部裝有氯化鎂溶液的加壓噴霧頭(4)，反應(yīng)器頂部有一個(gè)尾氣的排出口(3)，尾氣排出口處在噴霧頭的上方，并與一組旋風(fēng)分離器(2)相連，在反應(yīng)器的下部有兩個(gè)載熱介質(zhì)進(jìn)氣口(5)，進(jìn)氣口與水解反應(yīng)器筒體呈切線連結(jié)，反應(yīng)器的底部有一個(gè)固體物料的排放口(6)。
6.依照權(quán)利要求5所述的噴霧水解反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器的高徑比為50∶7-50∶4。
7.依照權(quán)利要求6所述的噴霧水解反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器內(nèi)溫度呈梯度分布，其縱向溫度梯度小于2℃/厘米，而在750-850℃溫度區(qū)其橫向溫度梯度小于3.3℃/厘米。
全文摘要
一種以高濃度氯化鎂溶液制取高純鎂砂的生產(chǎn)工藝，是首先把濃度為400－550克/升的氯化鎂溶液，經(jīng)過(guò)精制脫除其中的SO
文檔編號(hào)C04B35/04GK1413940SQ0112747
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2001年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月23日
發(fā)明者劉緒慶 申請(qǐng)人:劉緒慶